JP2011000184A - Magnetic resonance imaging apparatus and magnetic resonance imaging method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic resonance imaging apparatus imaging a cross section of a speech organ, which vibrates at such a high speed as a frequency of the sound in an audible range, as a moving image by using nuclear magnetic resonance.SOLUTION: The MRI apparatus 1000 includes a data storing part 258 for storing a voice signal corresponding to the periodic kinetic phase of the speech organ of a subject on a one-on-one level, and an image reconstruction part 260 for applying a vibration magnetic field to an RF coil 104 and generating tomographic moving images as frames in time series on receiving a detection signal. The image reconstruction part 260 acquires data for reconstructing tomographic images a plurality of times for each line along a lead-out axis in a k-space asynchronously with the kinetic motion of the speech organ, and selects the line corresponding to the same phase of the kinetic motion of the speech organ based on the voice signal at the timing for the respective frames of the moving images to reconstruct the cross-sectional image measured a plurality of times, so that the image of the phase is reconstructed.

Description

この発明は、生体の断層撮影を行なうための磁気共鳴画像化(MRI : Magnetic Resonance Imaging)装置の構成および磁気共鳴画像化方法に関し、より特定的には、高いフレームレートで被測定対象の断層の動画撮像が可能な磁気共鳴画像化装置および磁気共鳴画像化方法に関する。   The present invention relates to a configuration of a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus for performing tomographic imaging of a living body and a magnetic resonance imaging method, and more particularly, to a tomographic object to be measured at a high frame rate. The present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus and a magnetic resonance imaging method capable of capturing moving images.

生体の脳や全身の断面(断層)を画像化する方法として、生体中の原子、特に、水素原子の原子核に対する核磁気共鳴現象を利用した磁気共鳴画像法が、人間の臨床画像診断等に使用されている。   Magnetic resonance imaging using the nuclear magnetic resonance phenomenon of the living body's brain and whole body cross-sections (tomograms) with respect to atoms in the living body, especially hydrogen nuclei, is used for human clinical imaging diagnosis, etc. Has been.

磁気共鳴画像法は、それを人体に適用する場合、同様の人体内断層画像法である「X線CT」に比較して、たとえば、以下のような特徴がある。   When applying it to the human body, the magnetic resonance imaging has the following features, for example, compared to “X-ray CT” which is a similar tomographic image of the human body.

(1)水素原子の分布と、その信号緩和時間に対応した濃度の画像が得られる。このため、組織の性質の差異に応じた濃淡を呈し、組織の違いを観察しやすい。   (1) An image having a density corresponding to the distribution of hydrogen atoms and the signal relaxation time can be obtained. For this reason, the lightness and darkness corresponding to the difference in tissue properties is exhibited, and the difference in tissue is easily observed.

(2)骨は他の部位と比べて、水素原子の密度が低い。このため、骨に囲まれた部位(頭蓋内、脊髄など)を観察しやすい。   (2) The bone has a lower density of hydrogen atoms than other parts. For this reason, it is easy to observe a part (inside the skull, spinal cord, etc.) surrounded by bones.

(3)X線のように人体に害になるということがないので、広範囲に活用できる。
このような磁気共鳴画像法は、人体の各細胞に最も多く含まれ、かつ最も大きな磁性を有している水素原子核(陽子)の磁気性を利用する。水素原子核の磁性を担うスピン角運動量の磁場内での運動は、古典的には、コマの歳差運動にたとえられる。
(3) Since it is not harmful to the human body like X-rays, it can be used in a wide range.
Such magnetic resonance imaging utilizes the magnetic properties of hydrogen nuclei (protons) that are most abundant in each cell of the human body and have the greatest magnetism. The movement in the magnetic field of the spin angular momentum responsible for the magnetism of the hydrogen nucleus is classically compared to the precession of the coma.

以下、この直感的な古典的モデルで、簡単に核磁気共鳴の原理をまとめておく。
上述したような水素原子核のスピン角運動量の方向(コマの自転軸の方向)は、磁場のない環境では、ランダムな方向を向いているものの、静磁場を印加すると、磁力線の方向を向く。
The following is a simple summary of the principles of nuclear magnetic resonance in this intuitive classic model.
The direction of the spin angular momentum of the hydrogen nuclei (the direction of the rotation axis of the coma) as described above is directed in a random direction in an environment without a magnetic field, but is directed in the direction of the lines of magnetic force when a static magnetic field is applied.

この状態で、さらに電磁波(RF(Radio Frequency)パルス)を重畳すると、この電磁場の周波数が、静磁界の強さで決まる共鳴周波数f0=γB0/2π(γ:物質に固有の係数)であると、共鳴により原子核側にエネルギーが移動し、磁化ベクトルの方向が変わる(歳差運動が大きくなる)。この状態で、電磁波を切ると、歳差運動は、フリップアングルを戻しながら、静磁界における方向に復帰していく。この過程を外部からアンテナコイルにより検知することで、NMR信号を得ることができる。   When an electromagnetic wave (RF (Radio Frequency) pulse) is further superimposed in this state, the frequency of the electromagnetic field is a resonance frequency f0 = γB0 / 2π (γ: a coefficient specific to the substance) determined by the strength of the static magnetic field. The energy moves to the nucleus side by resonance, and the direction of the magnetization vector changes (precession increases). When the electromagnetic wave is cut in this state, the precession returns to the direction in the static magnetic field while returning the flip angle. By detecting this process from the outside with an antenna coil, an NMR signal can be obtained.

このような共鳴周波数f0は、静磁界の強度がB0(T)であるとき、水素原子では、42.6×B0(MHz)となる。   Such a resonance frequency f0 is 42.6 × B0 (MHz) for hydrogen atoms when the strength of the static magnetic field is B0 (T).

そして、このような核磁気共鳴を利用したMRIが、以下に説明するように、発話中の人間の調音器官の状態の観察にも使用されている。   And MRI using such nuclear magnetic resonance is also used for observing the state of the articulatory organ of a human being uttered, as will be described below.

ここで、舌や声帯等の動的な運動をする発話器官の動態の可視化についてこれまでさまざまな手法が用いられてきた。   Here, various methods have been used so far to visualize the dynamics of speech organs that perform dynamic movements such as the tongue and vocal cords.

調音運動については、超音波、X線マイクロビーム、MRIを用いた動画撮像(以下、”MRI movie”と呼ぶ)(非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3を参照)やEMMA(ElectroMagnetic Midsagittal Articulometer)などを用いることにより、体外からは視認できない舌や喉頭の動きが分かるようになってきた。   For articulatory motion, moving image imaging using ultrasonic waves, X-ray microbeams, and MRI (hereinafter referred to as “MRI movie”) (see Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3) and EMMA ( By using ElectroMagnetic Midsagittal Articulometer), it has become possible to understand the movement of the tongue and larynx that cannot be seen from outside the body.

一方、声帯振動や歯茎ふるえ音のような非常に高速で振動する発話器官はこれまでは上記の手法では発話同期や振動部位のサイズ等に制限されて観測することはできなかった。このため、100Hz以上で振動する声帯については喉頭ストロボスコピーや高速度カメラを用いた上方からの観測や、摘出した喉頭に人工的な空気流を流すことによる観測がなされている(非特許文献4、非特許文献5を参照)。内視鏡による観測では主に上方からの観測のみにとどまるため、声帯の下唇の様子は上唇の閉鎖により観測できない時間的区間が生じる。摘出喉頭は人体の場合で行うことは困難であり、そのため人間の話声・歌声を特徴付けるような声帯運動の再現は難しくなる。   On the other hand, speech organs that vibrate at a very high speed, such as vocal cord vibrations and gum shaking sounds, could not be observed so far by the above method, limited by speech synchronization and size of the vibration part. For this reason, the vocal cords that vibrate at 100 Hz or higher have been observed from above using a laryngeal stroboscopic copy or a high-speed camera, or by flowing an artificial air flow through the extracted larynx (Non-Patent Document 4). Non-patent document 5). Endoscopic observation is mainly limited to observation from above, so that the lower lip of the vocal cords has a time interval that cannot be observed due to upper lip closure. The extracted larynx is difficult to perform in the case of a human body, and therefore it is difficult to reproduce the vocal cord movement that characterizes human speech / singing voice.

MRIの特徴としては、発話器官の断面形状の観測が可能であり、複数の断面での撮像も可能である点がある。さらに侵襲性の心配がないという利点が挙げられる。これらの長所を生かして、さらに発展させたMRI movie撮像法はこれまで調音運動の観測に用いられてきてきた。これにより、1発話あたり120フレームの動画が得られ、調音器官の可視化に成功している。   A feature of MRI is that the cross-sectional shape of the uttering organ can be observed, and imaging in a plurality of cross-sections is also possible. Furthermore, there is an advantage that there is no concern about invasiveness. Taking advantage of these advantages, the MRI movie imaging method developed further has been used to observe articulatory motion. As a result, a moving image of 120 frames per utterance was obtained, and the articulatory organ was successfully visualized.

しかしながら、調音運動よりもより高速に変化する器官の画像化はこれまでに提案されているMRI movie撮像法では困難である。スパイラルk空間を用いて一度の発話で動画を作成する方法(非特許文献6を参照)では、声帯振動等に対してはフレームレートが足りない問題がある。   However, imaging of organs that change faster than articulatory movement is difficult with the MRI movie imaging methods proposed so far. In the method of creating a moving image with a single utterance using the spiral k space (see Non-Patent Document 6), there is a problem that the frame rate is insufficient for vocal cord vibration or the like.

また、MRI movie撮像に際して被験者が発話同期を行う手法(非特許文献1を参照)は、声帯振動等では発話者自身が閉鎖-開放を制御できないため、そのままでは適用できない。撮像時の被験者の発話音声を収録し、それをもとにしてk空間内のデータを並べ替えることで発話同期を必要としない方法も提案されている(非特許文献2を参照)が、高周波数で振動する発話器官の動画化は、困難であった。   In addition, the method in which the subject synchronizes the utterance during MRI movie imaging (see Non-Patent Document 1) cannot be applied as it is because the utterer cannot control closing / opening by vocal cord vibration or the like. There has also been proposed a method that does not require utterance synchronization by recording utterance voice of a subject at the time of imaging and rearranging data in k-space based on the utterance voice (see Non-Patent Document 2). It was difficult to animate a speech organ that vibrates at a frequency.

S.Masaki, M.K.Tiede, K.Honda, Y.Shimada, I.Fujimoto, Y.Nakamura and N.Ninomiya:“MRI-based speech pro-duction study using a synchronized sampling method”, J.A coust.Soc. Jpn.(E),20, 5, pp. 375-379 (1999).S. Masaki, MKTiede, K. Honda, Y. Shimada, I. Fujimoto, Y. Nakamura and N. Ninomiya: “MRI-based speech pro-duction study using a synchronized sampling method”, JA coust. Soc. Jpn. (E), 20, 5, pp. 375-379 (1999). M.Mohammad, E.Moore, J.N.Carter, C.H.Shadle and S. J.Gunn:“Using MRI to image the moving vocal tract during speech”,Proc.Eurospeech’97,Vol.4,pp.2027-2030 (1997).M.Mohammad, E.Moore, J.N.Carter, C.H.Shadle and S. J. Gunn: “Using MRI to image the moving vocal tract during speech”, Proc. Eurospeech’97, Vol. 4, pp. 2027-2030 (1997). S.Narayanan, K.Nayak, S.Lee, A.Sethy and D.Byrd:“An approach to real-time magnetic resonance imaging for speech production”, J.Acoust.Soc.Am.,115,4,pp.1771-1776(2004).S. Narayanan, K. Nayak, S. Lee, A. Sethy and D. Byrd: “An approach to real-time magnetic resonance imaging for speech production”, J. Acoust. Soc. Am., 115, 4, pp. 1771-1776 (2004). T.Baer: “Investigation of phonation using excised larynxes”, PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology (1975).T. Baer: “Investigation of phonation using excised larynxes”, PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology (1975). D.A.Berry, D.W.Montequin and N.Tayama:“High-speed digital imaging of the medial surface of the vocal folds”,J.Acoust.Soc.Am.,110,5,pp.2539-2547(2001).D.A.Berry, D.W.Montequin and N.Tayama: “High-speed digital imaging of the medial surface of the vocal folds”, J. Acoust. Soc. Am., 110, 5, pp. 2539-2547 (2001). S.Narayanan, K.Nayak, S.Lee, A.Sethy and D.Byrd:“An approach to real-time magnetic resonance imaging for speech production”, J.Acoust.Soc.Am., 115,4,pp.1771-1776(2004).S. Narayanan, K. Nayak, S. Lee, A. Sethy and D. Byrd: “An approach to real-time magnetic resonance imaging for speech production”, J. Acoust. Soc. Am., 115, 4, pp. 1771-1776 (2004).

以下では、このような従来のMRI movie撮像法の動作とその問題点について、簡単に説明する。   Hereinafter, the operation and problems of the conventional MRI movie imaging method will be briefly described.

図13は、MRIの動作原理を示す概念図である。
MRIでは、静磁界を生成するための静磁場コイル内に被験者10が横たえられ、傾斜磁場コイルによる磁場により、被験者10における観測断面(スライス)の位置の情報が観測信号に付与される。これを「スライス選択」と呼ぶ。さらに、スライス内の位置情報を付加する位相エンコードのための傾斜磁場が所定のタイミングで印加される。さらに、RFコイルにより、観測対象となる原子核に電磁波(RFパルス)が印加されるとともに、スライス内の上記一方向に直交する方向の位置を特定するための周波数エンコードを行なうための読取傾斜磁場が印加される。
FIG. 13 is a conceptual diagram showing the operation principle of MRI.
In MRI, a subject 10 is laid in a static magnetic field coil for generating a static magnetic field, and information on the position of an observation cross section (slice) in the subject 10 is given to an observation signal by a magnetic field generated by a gradient magnetic field coil. This is called “slice selection”. Further, a gradient magnetic field for phase encoding that adds position information in the slice is applied at a predetermined timing. Further, an electromagnetic wave (RF pulse) is applied to the nucleus to be observed by the RF coil, and a reading gradient magnetic field for performing frequency encoding for specifying the position in the direction orthogonal to the one direction in the slice is provided. Applied.

このようにして、外部磁場、RF波、傾斜磁場が所定のシーケンスに従って与えられることで、観測対象の水素原子核からの信号を受信コイルで受信してk空間内のリードアウトライン1本分のデータが取得される。一般には、このようなシーケンスを位相エンコードのための傾斜磁場の強度をリードアウトラインごとに変化させながら、所定回数繰り返すことでk空間内の全ての点のデータが取得される。   In this way, the external magnetic field, the RF wave, and the gradient magnetic field are given according to a predetermined sequence, so that a signal from the observation target hydrogen nucleus is received by the receiving coil, and data for one lead-out line in the k space is obtained. To be acquired. In general, data of all points in k-space is acquired by repeating such a sequence a predetermined number of times while changing the strength of the gradient magnetic field for phase encoding for each lead-out line.

k空間内のデータを高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)することで、画像が再構成される。   An image is reconstructed by performing fast Fourier transform (FFT) on the data in the k-space.

図14は、k空間において、観測される取得データのトラジェクトリを示す図である。
図14において、縦軸の方向は、位相エンコードによる位相の変化を表しており、縦軸の間隔は、RFパルス印加の繰返し時間間隔TRに対応する。横軸は、周波数を示し、間隔はリードアウトサンプリング時間Tsに対応する。この図において、横軸方向の一列のデータを「リードアウトライン」と呼ぶ。
FIG. 14 is a diagram showing a trajectory of acquired data observed in the k space.
In FIG. 14, the direction of the vertical axis represents a change in phase due to phase encoding, and the interval of the vertical axis corresponds to the repetition time interval TR of RF pulse application. The horizontal axis indicates the frequency, and the interval corresponds to the readout sampling time Ts. In this figure, a line of data in the horizontal axis direction is referred to as a “lead outline”.

図15は、上述した被験者が発話同期を行う手法の構成を示す概念図である。
被験者10は、同一の発話タスクを発話タイミングの通知音に合わせて繰り返す。MRI装置側では、この発話タイミングの通知音生成部からのタイミングに合わせて、外部トリガ生成部から出力されるトリガ信号に合わせてデータ取得を行なう。
FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a technique in which the subject performs the utterance synchronization described above.
The subject 10 repeats the same utterance task according to the notification sound of the utterance timing. On the MRI apparatus side, data acquisition is performed in accordance with the trigger signal output from the external trigger generation unit in accordance with the timing from the notification sound generation unit of the utterance timing.

ここでは、一回のデータ取得期間では、位相エンコードのための傾斜磁場は一定値として、異なる繰返しタイミングでリードアウト方向にデータが取得される。図15の例では、このようなデータ取得を128回繰り返す場合が示されている。   Here, in one data acquisition period, the gradient magnetic field for phase encoding is a constant value, and data is acquired in the readout direction at different repetition timings. In the example of FIG. 15, the case where such data acquisition is repeated 128 times is shown.

128回のデータ取得において、外部トリガから同一のタイミングのリードアウト方向のデータを組合せると、外部トリガから同一のタイミングについて、異なる位相エンコードの大きさに相当するデータが得られ、1つの撮像野FOVに対応するk空間のデータが取得される。このようにして、外部トリガを基準として、各経過時間のタイミングの撮像野FOVに対応するk空間のデータが、撮像野ごとに集められる。このようにして集められたk空間のデータを高速フーリエ変換すると、各撮像野ごとの画像データが再構成される。   In the 128-time data acquisition, when data in the readout direction at the same timing from the external trigger are combined, data corresponding to different phase encoding sizes can be obtained from the external trigger at the same timing, and one imaging field is obtained. K-space data corresponding to the FOV is acquired. In this manner, k-space data corresponding to the imaging field FOV at the timing of each elapsed time is collected for each imaging field with the external trigger as a reference. When the k-space data collected in this way is subjected to fast Fourier transform, image data for each imaging field is reconstructed.

このような画像データは、外部トリガを基準として、各経過時間のタイミングで得られるので、これが動画の各フレームを構成することになる。   Since such image data is obtained at the timing of each elapsed time with the external trigger as a reference, this constitutes each frame of the moving image.

しかしながら、上述したように、このような手法では、声帯振動等では発話者自身が閉鎖-開放を制御できないため、調音運動よりもより高速に変化する器官の動画としての画像化が困難であるという問題があった。   However, as described above, with such a technique, it is difficult to image a moving organ as a moving image faster than articulatory movement because the speaker itself cannot control closing and opening with vocal cord vibration or the like. There was a problem.

たとえば、歯茎ふるえ音(いわゆる「巻き舌」。Trrrr…音。)、声帯振動、マウスピース装着時の口唇の振動などにおいて、これらの器官の断面の動画としての画像化は困難であった。   For example, imaging of cross-sections of these organs as a moving image was difficult in gum ringing sound (so-called “rolling tongue”. Trrrr ... sound), vocal cord vibration, lip vibration when wearing a mouthpiece, and the like.

言い換えると、より一般には、音声の基本周波数程度に高速に振動する振動子の断面を動画として画像化することは困難であった。   In other words, more generally, it has been difficult to image a cross section of a vibrator that vibrates at a high speed about the fundamental frequency of sound as a moving image.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、核磁気共鳴を利用して、たとえば可聴領域の音声の基本周波数程度に高速に振動する振動子の断面を動画として画像化することが可能な磁気共鳴画像化装置および磁気共鳴画像化方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to use a nuclear magnetic resonance to vibrate at a high speed, for example, at the fundamental frequency of audio in the audible region. It is an object to provide a magnetic resonance imaging apparatus and a magnetic resonance imaging method capable of imaging a cross-section of the above as a moving image.

この発明の1つの局面に従うと、被測定対象の振動子からの核磁気共鳴に起因する検出信号を検知して、被測定対象の断層動画像を生成するための磁気共鳴画像化装置であって、被測定対象に静磁場を印加するための静磁場印加手段と、被測定対象の選択された断面内において、検出信号を発する原子核の位置情報を検出信号が有するように変調した磁場を被測定対象に印加するための傾斜磁場印加手段と、被測定対象に対して電磁場を印加し、被測定対象からの検出信号を検知するための電磁場送受信手段と、被測定対象の振動子の周期的な運動の位相と1対1に対応した振動子からの出力信号を記憶する記憶手段と、電磁場を電磁場送受信手段に与え、検出信号を受けて時系列のフレームとして断層動画像を生成するための断層撮影制御手段とを備え、断層撮影制御手段は、振動子の運動とは非同期に、断面画像を再構成するためのデータをk空間のリードアウト軸に沿う行ごとに複数回にわたって取得するデータ取得手段と、複数回の測定中の断面画像を再構成する動画像の各フレームのタイミングで、出力信号に基づいて、振動子の運動の同一の位相に相当する行を選択することで、当該位相の画像を再構成する画像再構成手段とを含む。   According to one aspect of the present invention, there is provided a magnetic resonance imaging apparatus for detecting a detection signal caused by nuclear magnetic resonance from a transducer to be measured and generating a tomographic motion image of the measurement target. , A static magnetic field applying means for applying a static magnetic field to the measurement target, and a magnetic field modulated in such a manner that the detection signal has the position information of the nucleus that emits the detection signal within the selected cross section of the measurement target Gradient magnetic field applying means for applying to the object, electromagnetic field transmitting / receiving means for applying an electromagnetic field to the object to be measured and detecting a detection signal from the object to be measured, and the periodicity of the vibrator of the object to be measured Storage means for storing an output signal from the transducer corresponding to the phase of motion one-to-one, and a tomography for applying an electromagnetic field to the electromagnetic field transmitting / receiving means and receiving a detection signal to generate a tomographic moving image as a time-series frame Shooting control A tomography control means, wherein the tomography control means obtains data for reconstructing the cross-sectional image multiple times for each row along the k-space readout axis, asynchronously with the motion of the transducer; By selecting the row corresponding to the same phase of the motion of the transducer based on the output signal at the timing of each frame of the moving image that reconstructs the cross-sectional image being measured multiple times, the image of the phase Image reconstructing means for reconstructing the image.

好ましくは、リードアウト軸に沿う行ごとの測定タイミングを特定するための情報を取得するタイミング検出手段をさらに備え、記憶手段は、データ取得手段は、測定タイミングを示す情報とともに、断面画像を再構成するためのデータを記憶する。   Preferably, the apparatus further comprises timing detection means for acquiring information for specifying the measurement timing for each row along the lead-out axis, and the storage means reconstructs the cross-sectional image together with information indicating the measurement timing. To store data.

好ましくは、出力信号は、振動子からの音声信号である。
好ましくは、音声信号を磁気共鳴画像化装置からの騒音と分離するための帯域透過フィルタをさらに備える。
Preferably, the output signal is an audio signal from the vibrator.
Preferably, a band pass filter is further provided for separating the audio signal from noise from the magnetic resonance imaging apparatus.

この発明の他の局面に従うと、被測定対象の振動子からの核磁気共鳴に起因する検出信号を検知して、被測定対象の断層動画像を生成するための磁気共鳴画像化方法であって、被測定対象に静磁場を印加し、被測定対象の選択された断面内において、検出信号を発する原子核の位置情報を検出信号が有するように変調した磁場を被測定対象に印加して、被測定対象に対して電磁場を印加することにより、被測定対象からの検出信号を検知するステップと、被測定対象の振動子の周期的な運動の位相と1対1に対応した振動子からの出力信号を記憶するステップと、電磁場を被測定対象に与え、検出信号を受けて時系列のフレームとして断層動画像を生成するステップとを備え、断層動画像を生成するステップは、振動子の運動とは非同期に、断面画像を再構成するためのデータをk空間のリードアウト軸に沿う行ごとに複数回にわたって取得するステップと、複数回の測定中の断面画像を再構成する動画像の各フレームのタイミングで、出力信号に基づいて、振動子の運動の同一の位相に相当する行を選択することで、当該位相の画像を再構成するステップとを含む。   According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic resonance imaging method for detecting a detection signal caused by nuclear magnetic resonance from a transducer to be measured and generating a tomographic motion image of the measurement target. Applying a static magnetic field to the object to be measured, applying a magnetic field modulated so that the detection signal has the position information of the nucleus emitting the detection signal in the selected cross section of the object to be measured; A step of detecting a detection signal from the object to be measured by applying an electromagnetic field to the object to be measured, and an output from the vibrator having a one-to-one correspondence with the phase of the periodic movement of the vibrator to be measured. A step of storing a signal, and a step of generating a tomographic motion image as a time-series frame by applying an electromagnetic field to an object to be measured, receiving a detection signal, Is asynchronous, The step of acquiring data for reconstructing the plane image a plurality of times for each row along the k-space readout axis, and the timing of each frame of the moving image for reconstructing the cross-sectional image being measured a plurality of times, Selecting a row corresponding to the same phase of motion of the transducer based on the output signal to reconstruct an image of that phase.

本発明によれば、たとえば音声の基本周波数程度の高速で振動する振動子の断面を動画として画像化することが可能となる。   According to the present invention, for example, a cross section of a vibrator that vibrates at a high speed about the fundamental frequency of sound can be imaged as a moving image.

本発明に係る磁気共鳴画像化装置の一例のMRI装置1000の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the MRI apparatus 1000 of an example of the magnetic resonance imaging apparatus which concerns on this invention. MRI装置1000による画像の再構成処理を説明するための概念図である。3 is a conceptual diagram for explaining image reconstruction processing by the MRI apparatus 1000. FIG. 画像再構成処理を従来の画像再構成処理と比較して説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an image reconstruction process compared with the conventional image reconstruction process. 発声器官として声帯を考えた場合に、声帯の断面形状の時間変化と音声波形と音声信号を帯域透過フィルタを通した後の信号波形とを示す図である。When a vocal cord is considered as a vocal organ, it is a figure which shows the time change of the cross-sectional shape of a vocal cord, a speech waveform, and a signal waveform after passing a speech signal through a band transmission filter. MRI装置1000のパルスシーケンスを示す図である。It is a figure which shows the pulse sequence of the MRI apparatus 1000. FIG. MRI装置1000の処理の流れを説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the flow of processing of the MRI apparatus 1000. ファントムを構成する部品を説明する図である。It is a figure explaining the components which comprise a phantom. ファントムの外観と断面図を示す図である。It is a figure which shows the external appearance and sectional drawing of a phantom. MRI装置1000から発生するノイズと、振動子から生じる音のスペクトログラムを示す図である。It is a figure which shows the spectrogram of the noise which arises from the MRI apparatus 1000, and the sound which arises from a vibrator | oscillator. 収録された傾斜磁場と音声を示す図である。It is a figure which shows the recorded gradient magnetic field and an audio | voice. MRI movieと高速度カメラの画像を対比して示す図である。It is a figure which contrasts and shows the image of a MRI movie and a high-speed camera. 50フレームのうちの26〜50フレーム分のデータを示す図である。It is a figure which shows the data for 26-50 frames among 50 frames. MRIの動作原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principle of operation of MRI. k空間において、観測される所得データのトラジェクトリを示す図である。It is a figure which shows the trajectory of the income data observed in k space. 発話同期を行う手法の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the method of performing utterance synchronization.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[磁気共鳴画像化装置の構成および動作]
図1は、本発明に係る磁気共鳴画像化装置の一例のMRI装置1000の構成を示す機能ブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Configuration and operation of magnetic resonance imaging apparatus]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of an MRI apparatus 1000 as an example of a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention.

以下に説明するとおり、MRI装置1000では、MRI movie技術を基にして、これを高時間分解能化することが可能である。   As described below, the MRI apparatus 1000 can increase the time resolution based on the MRI movie technology.

図1に示したMRI装置1000は、被験者10を支持するための台部12と、静磁界を生成するための静磁場コイル100と、後に説明するように被験者における観測断面(スライス)の位置およびスライス内の位置の情報を観測信号に付与するための傾斜磁場コイル102と、観測対象となる原子核に電磁波(RFパルス)を出力するRFコイル104と、観測対象となる原子核からの信号を受信するための受信コイル106と、コイル100〜104を制御し、かつ、受信コイル106で受信された信号を基に、断層画像を生成するための断層撮影制御部200とを備える。   The MRI apparatus 1000 shown in FIG. 1 includes a platform 12 for supporting the subject 10, a static magnetic field coil 100 for generating a static magnetic field, and the position of an observation cross section (slice) in the subject as will be described later. Gradient magnetic field coil 102 for giving information on the position in the slice to the observation signal, RF coil 104 for outputting an electromagnetic wave (RF pulse) to the nucleus to be observed, and a signal from the nucleus to be observed are received And a tomography control unit 200 for controlling the coils 100 to 104 and generating a tomographic image based on a signal received by the receiving coil 106.

RFコイル104と受信コイル106とは、別々のコイルであるものとして記載しているが、同一のコイルを送信用と受信用で共用することもできる。   Although the RF coil 104 and the receiving coil 106 are described as being separate coils, the same coil can be shared for transmission and reception.

なお、被験者10の近傍には、被験者の発話音声を取得するための光マイクロフォン108が設置され、MRI装置のガントリ(gantry)内には、傾斜磁場の変化を検知するためのソレノイド型コイル110が設けられている。光マイクロフォンを用いるのは、金属類を使用していないために強磁界環境においても音声をとらえることが可能なためである。   An optical microphone 108 for acquiring the speech voice of the subject is installed in the vicinity of the subject 10, and a solenoid type coil 110 for detecting a change in the gradient magnetic field is provided in the gantry of the MRI apparatus. Is provided. The reason for using the optical microphone is that it is possible to capture sound even in a strong magnetic field environment because no metal is used.

さらに、断層撮影制御部200は、使用者からの指示等の入力を行うための入力部210と、入力部210からの指示に基づいて、たとえば、各被験者10に対する測定ごとに、RFコイル104から与える電磁場の強度および受信コイル106で検出される信号強度の調整値や測定される共鳴周波数(以下、中心周波数と呼ぶ)の値fの合わせ込みの結果(較正値)などをチューニング値として保存するためのチューニング値記憶部220とを備える。ここで、被験者10ごとに、このようなチューニングを行うのは、被験者10によって、コイル内の磁場の環境が微妙に変化するために、これを調整する必要があるからである。 Further, the tomography control unit 200 is configured to input from the RF coil 104, for example, every measurement for each subject 10 based on the input unit 210 for inputting an instruction from the user and the instruction from the input unit 210. The adjustment value of the intensity of the electromagnetic field to be applied and the signal intensity detected by the receiving coil 106 and the result (calibration value) of the adjustment of the value f 0 of the measured resonance frequency (hereinafter referred to as the center frequency) are stored as tuning values. A tuning value storage unit 220. Here, the reason why such tuning is performed for each subject 10 is that the subject 10 needs to be adjusted because the environment of the magnetic field in the coil slightly changes.

断層撮影制御部200は、さらに、上述したようなチューニング動作や測定動作の制御を行うための制御部230と、制御部230に制御されてRFコイル104に対してRFパルスを与えるためのRFパルス送信部240と、受信コイル106からの信号を増幅して検出信号を取得するためのMRI信号増幅部250と、光マイクロフォン108からの音声信号を受けて増幅するための音声信号増幅部252と、制御部230の制御によってMRI信号増幅部250からの検出信号に対応する測定データと音声信号増幅部252からの音声信号データとをデータ取得タイミングとともに記憶するデータ記憶部258と、後に説明するように、データ記憶部258に記憶された音声信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを取得するための帯域透過フィルタ254と、データ記憶部258からの測定データと帯域透過フィルタ254を通過した音声信号データとに基づいて、フーリエ変換処理を行なうことにより、観測する断面の断面画像データを再構成するための画像再構成部260と、画像再構成部260からの情報をもとに再構成された断面画像を表示するための表示部270とを備える。なお、このようにして再構成された断面画像データは、データ記憶部258に格納される。   The tomography control unit 200 further includes a control unit 230 for controlling the tuning operation and measurement operation as described above, and an RF pulse for applying an RF pulse to the RF coil 104 under the control of the control unit 230. A transmission unit 240, an MRI signal amplification unit 250 for amplifying a signal from the reception coil 106 to obtain a detection signal, an audio signal amplification unit 252 for receiving and amplifying the audio signal from the optical microphone 108, A data storage unit 258 that stores the measurement data corresponding to the detection signal from the MRI signal amplification unit 250 and the audio signal data from the audio signal amplification unit 252 together with the data acquisition timing under the control of the control unit 230, as will be described later. , For obtaining only a signal of a predetermined frequency band among the audio signals stored in the data storage unit 258 In order to reconstruct the cross-sectional image data of the cross-section to be observed by performing Fourier transform processing based on the band-pass filter 254, the measurement data from the data storage unit 258, and the audio signal data that has passed through the band-pass filter 254. The image reconstruction unit 260 and a display unit 270 for displaying the cross-sectional image reconstructed based on the information from the image reconstruction unit 260 are provided. The cross-sectional image data reconstructed in this way is stored in the data storage unit 258.

ここで、好ましくは、画像再構成部260における画像の再構成処理において、チューニング値記憶部220中に格納されている中心周波数の較正値等の情報を使用することにより、画質の向上を図ることが可能である。また、図1では、傾斜磁場の変化をソレノイド型コイル110により検知する構成となっているが、制御部230が傾斜磁場を制御する制御信号により、傾斜磁場が変化するタイミングを取得することとしてもよい。   Here, preferably, in the image reconstruction process in the image reconstruction unit 260, the information such as the calibration value of the center frequency stored in the tuning value storage unit 220 is used to improve the image quality. Is possible. In FIG. 1, the change in the gradient magnetic field is detected by the solenoid coil 110, but the control unit 230 may acquire the timing at which the gradient magnetic field changes by a control signal for controlling the gradient magnetic field. Good.

特に限定されないが、制御部230および画像再構成部260は、図示しない記憶装置に格納されたソフトウェアに基づいて動作する同一の演算プロセッサ、または、それぞれの処理に対応した個別の演算プロセッサにより実現することが可能である。   Although not particularly limited, the control unit 230 and the image reconstruction unit 260 are realized by the same arithmetic processor that operates based on software stored in a storage device (not shown) or individual arithmetic processors corresponding to the respective processes. It is possible.

ここで、静磁場コイル100は、より詳しくは、たとえば、4個の空芯コイルから構成され、その組み合わせで内部に均一な磁界を作り、被験者10の体内の水素原子核のスピンに配向性を与える。   Here, more specifically, the static magnetic field coil 100 is composed of, for example, four air-core coils, and a combination thereof creates a uniform magnetic field to give orientation to the spins of hydrogen nuclei in the body of the subject 10. .

RFコイル104は、高周波を発して被験者10の体内の原子核を励起し、受信コイル106は、生じた核磁気共鳴を起因とする検出信号(エコー信号)を検知する。   The RF coil 104 emits a high frequency to excite nuclei in the body of the subject 10, and the receiving coil 106 detects a detection signal (echo signal) caused by the generated nuclear magnetic resonance.

傾斜磁場コイル102は、図示しないX, Y, Zの3組の傾斜コイルを備え、Zコイルは励起時に、磁界強度をZ方向に傾斜させて共鳴面を限定するためのスライス選択傾斜磁場を生成し、Yコイルは、Z方向の磁界印加の直後に短時間の傾斜を加えて検出信号にY座標に比例した位相変調を加え(位相エンコーディング)、Xコイルは、続いてデータ採取時に傾斜を加えて、検出信号にX座標に比例した周波数変調を与える(周波数エンコーディング)。   The gradient coil 102 includes three sets of gradient coils of X, Y, and Z (not shown), and the Z coil generates a slice selective gradient magnetic field for limiting the resonance surface by tilting the magnetic field intensity in the Z direction when excited. The Y coil adds a short time gradient immediately after the application of the magnetic field in the Z direction to apply phase modulation proportional to the Y coordinate to the detection signal (phase encoding), and the X coil subsequently adds a gradient during data collection. Thus, frequency modulation proportional to the X coordinate is given to the detection signal (frequency encoding).

すなわち、静磁界にZ軸傾斜磁界を加えた状態にある被験者10に、共鳴周波数の高周波電磁界を、RFコイル104を通じて印加すると、磁界の強さが共鳴条件になっている部分の水素原子核が、選択的に励起されて共鳴し始める。共鳴条件に合致した部分(たとえば、被験者10の所定の厚さの断層)にある水素原子核が励起され、スピンがいっせいに回転する。励起パルスを止めると、受信コイル106には、今度は、回転しているスピンが放射する電磁波が信号を誘起し、しばらくの間、この信号が検出される。この信号によって、被験者10の体内の、水素原子を含んだ組織を観察する。そして、信号の発信位置を知るために、XとYの傾斜磁界を加えて信号を検知する、という構成になっている。   That is, when a high frequency electromagnetic field having a resonance frequency is applied to the subject 10 in a state in which a Z-axis gradient magnetic field is added to the static magnetic field through the RF coil 104, the hydrogen nuclei in the portion where the strength of the magnetic field is in the resonance condition , Selectively excited to begin to resonate. Hydrogen nuclei in a portion that matches the resonance condition (for example, a tomography of a predetermined thickness of the subject 10) are excited, and spins rotate together. When the excitation pulse is stopped, an electromagnetic wave radiated from the rotating spin is induced in the receiving coil 106 this time, and this signal is detected for a while. By this signal, a tissue containing hydrogen atoms in the body of the subject 10 is observed. And in order to know the transmission position of a signal, it is the structure of adding a gradient magnetic field of X and Y, and detecting a signal.

制御部230は、励起信号を繰り返し与えつつ検出信号を測定し、画像再構成部260は、フーリエ変換計算により、共鳴の周波数をX座標に還元し、Y座標を復元して画像を得て、表示部270に対応する画像を表示する。   The control unit 230 measures the detection signal while repeatedly applying the excitation signal, and the image reconstruction unit 260 reduces the resonance frequency to the X coordinate by Fourier transform calculation, restores the Y coordinate, obtains an image, An image corresponding to the display unit 270 is displayed.

図2は、図1に示したMRI装置1000による画像の再構成処理を説明するための概念図である。   FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining image reconstruction processing by the MRI apparatus 1000 shown in FIG.

図2を参照して、被験者10は、所定の発話タスクの発話を行なう。このとき、データ取得のタイミングと発話のタイミングとは同期していない。MRI装置1000側では、光マイクロフォン108により取得される発話の音声を取得タイミングの情報とともにデータ記憶部258に記憶し、ソレノイドコイル110で検出される傾斜磁場からデータ取得タイミングを制御部230が受けて、MRI信号を取得タイミングの情報とともに記憶部258に記憶する。   Referring to FIG. 2, subject 10 utters a predetermined utterance task. At this time, the data acquisition timing and the utterance timing are not synchronized. On the MRI apparatus 1000 side, the speech sound acquired by the optical microphone 108 is stored in the data storage unit 258 together with the acquisition timing information, and the control unit 230 receives the data acquisition timing from the gradient magnetic field detected by the solenoid coil 110. The MRI signal is stored in the storage unit 258 together with the acquisition timing information.

ここで、「取得タイミングの情報」としては、時間情報そのものであってもよいし、後に説明するように、「発話音声」と「MRI信号」とを同一の時間軸に沿って記録する媒体の異なるチャンネルに同時記録することとしてもよい。   Here, the “acquisition timing information” may be time information itself, and as described later, “speech speech” and “MRI signal” are recorded on the same time axis. It is good also as recording simultaneously on a different channel.

MRI信号の取得は、特に限定されないが、たとえば、いわゆる「グラジエントエコー法」のパルスシーケンスに従い、位相エンコードのための傾斜磁場の大きさを順次変化させつつ、1つの撮像野に対応するk空間内のデータを取得する。1つの撮像野に対応するk空間内のデータ取得が完了すると、このようなデータ取得を所定回数繰り返す。   The acquisition of the MRI signal is not particularly limited. For example, according to a pulse sequence of a so-called “gradient echo method”, the magnitude of the gradient magnetic field for phase encoding is sequentially changed in the k-space corresponding to one imaging field. Get the data. When data acquisition in the k space corresponding to one imaging field is completed, such data acquisition is repeated a predetermined number of times.

その後、取得された音声データに基づき、動画を構成する各フレームのタイミングにおける音声の振動の位相が一致するk空間のデータをソーティングして組合せることで、各動画のフレームのタイミングについてのk空間データを得る。このようにして得られたk空間のデータを撮像野ごとに高速フーリエ変換することで、動画の各フレームの画像データを再構成して得ることができる。   Thereafter, based on the acquired audio data, k-space data about the frame timing of each moving image is obtained by sorting and combining the k-space data in which the phases of the vibrations of the audio match at the timing of each frame constituting the moving image. Get the data. Image data of each frame of a moving image can be reconstructed by performing fast Fourier transform on the k-space data obtained in this way for each imaging field.

図3は、画像再構成処理を従来の画像再構成処理と比較して説明するための概念図である。   FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the image reconstruction process in comparison with the conventional image reconstruction process.

図3を参照して、MRI装置1000における画像再構成の処理は、対象となる振動子を連続スキャンし、k空間上のリードアウトラインを振動タイミングごとに収集し、画像化することである。これにより、発話者自身が位相を制御できない振動をする発話器官を対象とした場合でもMRI movieを撮像することができるようになる。   Referring to FIG. 3, the image reconstruction process in the MRI apparatus 1000 is to continuously scan a target transducer, collect a lead-out line in k-space at each vibration timing, and image it. As a result, the MRI movie can be imaged even when the uttered organ that vibrates whose phase cannot be controlled by the utterer himself / herself is targeted.

図3においては、一般的なMRI静止画撮像法(a)と、MRI装置1000の手法(b)とを比較し示している。   FIG. 3 shows a comparison between a general MRI still image imaging method (a) and a method (b) of the MRI apparatus 1000.

MRI装置1000の撮像法は具体的には以下の手順となる。
1)撮像タイミングと、そのときの振動子の位置を同時に計測、記憶する。撮像は連続スキャンとし、発話者は自身のタイミングで発話器官を一定の周波数で振動させる。撮像タイミングの記憶方法として、MRI装置1000のガントリ付近に空芯ソレノイドコイル110を設置することで傾斜磁場の計測を行う。このデータをシーケンスチャートと比較することで撮像タイミングを知ることができる。
Specifically, the imaging method of the MRI apparatus 1000 is as follows.
1) Simultaneously measure and store the imaging timing and the position of the transducer at that time. The imaging is continuous scanning, and the speaker vibrates the speaking organ at a constant frequency at his own timing. As a method for storing the imaging timing, the gradient magnetic field is measured by installing an air-core solenoid coil 110 near the gantry of the MRI apparatus 1000. The imaging timing can be known by comparing this data with a sequence chart.

なお、撮像タイミングの記憶の他の方法として、制御部230の回路からRF波(RFパルス)用トリガを分岐させてこのタイミングを記憶することとしてもよい。一方、振動子(この場合は発声器官)の位置は光マイクロホンを用いて、振動により生じる音から推定を行う。   As another method of storing the imaging timing, an RF wave (RF pulse) trigger may be branched from the circuit of the control unit 230 and stored. On the other hand, the position of the vibrator (speaking organ in this case) is estimated from sound generated by vibration using an optical microphone.

撮像中は大きな騒音がMRI装置1000から生じるが、その騒音の周波数と振動子の周波数が重なっていなければ帯域通過フィルタ254を用いることで、振動子の基本周波数を含む音波形が検出可能である。スキャナーの騒音により振動子からの音が計測できない場合は、骨伝導型マイクロホンが有効である。   A large noise is generated from the MRI apparatus 1000 during imaging. If the frequency of the noise and the frequency of the vibrator do not overlap, the sound wave shape including the fundamental frequency of the vibrator can be detected by using the band pass filter 254. . If the sound from the vibrator cannot be measured due to the noise of the scanner, a bone conduction microphone is effective.

振動子の振動が断続的でない場合は、振動区間の検出も必要となる。
2)1)で得られたデータから、RFパルス照射時の振動子の位置を求める。振動子の1周期を時間的に等分割し、画像再構成演算のために、それに対する空のk空間に対応する変数を用意する。これが、処理後の動画の各フレームに相当する。各々の空のk空間に対応する振動子の振動の位相に基づいて、このk空間に対応した生データのリードアウトラインで空のk空間を埋める。振動周波数は一定とはならないことが多く、かつRFパルス照射時に振動子の位置が常に同じになるわけではないので、これらの誤差が最小となるリードアウトラインデータを選択して用いる。
If the vibration of the vibrator is not intermittent, it is also necessary to detect the vibration section.
2) The position of the vibrator at the time of RF pulse irradiation is obtained from the data obtained in 1). One period of the vibrator is equally divided in time, and a variable corresponding to an empty k space is prepared for image reconstruction calculation. This corresponds to each frame of the processed moving image. Based on the vibration phase of the vibrator corresponding to each empty k-space, the empty k-space is filled with the raw data lead-out line corresponding to this k-space. In many cases, the vibration frequency is not constant, and the position of the vibrator is not always the same at the time of RF pulse irradiation. Therefore, the lead outline data that minimizes these errors is selected and used.

3)振動子のそれぞれの位置(位相)ごとに作成されたk空間データについて画像の再構築を行い、各フレームのMRI画像を得る。この画像を連続再生することで、MRI movieとなる。   3) Image reconstruction is performed on k-space data created for each position (phase) of the transducer, and an MRI image of each frame is obtained. By continuously playing this image, it becomes an MRI movie.

図3では、連続するn個のデータでリードアウトライン(RO−line)を順に埋めて画像を再構成する一般的な手法ではモーションアーチファクトが現れるのに対して、MRI装置1000の手法ではアーチファクトはなく、振動子の形状が視認できる。   In FIG. 3, motion artifacts appear in the general method of reconstructing an image by sequentially filling lead outlines (RO-lines) with consecutive n pieces of data, whereas there is no artifact in the method of the MRI apparatus 1000. The shape of the vibrator can be visually recognized.

図4は、発声器官として声帯を考えた場合に、声帯の断面形状の時間変化と音声波形と音声信号を帯域透過フィルタを通した後の信号波形とを示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing temporal changes in the cross-sectional shape of the vocal cords, a speech waveform, and a signal waveform after the speech signal has passed through the band-pass filter when the vocal cord is considered as a vocal organ.

上述のとおり、MRI装置1000の騒音が存在する場合であっても、所定の透過帯域を有する帯域透過フィルタ254を用いると、音声信号のうちから、被験者10の発話音声の信号を分離することが可能である。   As described above, even when the noise of the MRI apparatus 1000 is present, using the band-pass filter 254 having a predetermined transmission band, the speech signal of the subject 10 can be separated from the voice signal. Is possible.

被験者10の発話音声の信号の1周期が、声帯振動の1周期と対応している。したがって、振動子(この場合は、声帯)からの音声信号を記憶しておくことで、音声信号の振動の位相から、振動子の振動の位相を特定することができる。言い換えると、音声信号の振動の位相が同一であるタイミングで取得されたk空間のデータは、振動子の同じ振動位相における断面画像に対応しているといえる。   One cycle of the speech voice signal of the subject 10 corresponds to one cycle of vocal cord vibration. Therefore, by storing the sound signal from the vibrator (in this case, the vocal cords), the vibration phase of the vibrator can be specified from the vibration phase of the sound signal. In other words, it can be said that the k-space data acquired at the same timing of the vibration phase of the audio signal corresponds to the cross-sectional image of the vibrator at the same vibration phase.

図5は、MRI装置1000のパルスシーケンスを示す図である。また、図6は、MRI装置1000の処理の流れを説明するためのフローチャートである。   FIG. 5 is a diagram showing a pulse sequence of the MRI apparatus 1000. FIG. 6 is a flowchart for explaining the processing flow of the MRI apparatus 1000.

図5および図6を参照して、処理が開始されると、被験者10ごとに装置の初期チューニング処理が行われ、制御部230は、RFコイル104から与える電磁場の強度および受信コイル106で検出される信号強度の調整値や測定される中心波数値fの合わせ込みの結果(較正値)などをチューニング値として、チューニング値記憶部220に保存する(ステップS100)。 Referring to FIGS. 5 and 6, when the process is started, an initial tuning process of the apparatus is performed for each subject 10, and control unit 230 detects the intensity of the electromagnetic field applied from RF coil 104 and reception coil 106. that the signal strength of the adjustment value and the measured center wave numerical f mating inclusive result of 0 and (calibration value) as the tuning value, is stored in the tuning value storage unit 220 (step S100).

続いて、被験者10に対する測定が開始されると、制御部230は、傾斜磁場コイル102を制御しつつ、RFパルス送信部240からの電磁波をRFコイル104から出力させるとともに、スライス選択傾斜磁場GSSを印加する(ステップS102)。 Subsequently, when measurement on the subject 10 is started, the control unit 230 outputs the electromagnetic wave from the RF pulse transmission unit 240 from the RF coil 104 while controlling the gradient magnetic field coil 102, and also selects the slice selection gradient magnetic field G SS. Is applied (step S102).

続いて、制御部230は、位相エンコード用の傾斜磁場の大きさを設定し(ステップS104)、傾斜磁場コイル102を制御して、位相エンコード用の傾斜磁場GPEを印加する(ステップS106)。一方、並行して、ソレノイド型コイル110により傾斜磁場変動の受信処理が実行される(ステップS105)。 Subsequently, the control unit 230 sets the magnitude of the gradient magnetic field for phase encoding (step S104), and controls the gradient coil 102 applies a magnetic field gradient G PE for phase encoding (step S106). On the other hand, the reception processing of the gradient magnetic field variation is executed by the solenoid coil 110 (step S105).

制御部230は、周波数エンコード用(読取用)の傾斜磁場GROを印加するとともに(ステップS108)、被験者10からのMRI信号を、受信コイル106により受信し、信号増幅部250により増幅させて(ステップS110)、取得タイミング情報とともにデータ記憶部258に記憶させる。 Control unit 230 (step S108) while applying a magnetic field gradient G RO for frequency-encoding (for reading), and a MRI signal from the subject 10, received by the receiving coil 106, amplified by the signal amplifying section 250 ( Step S110), together with the acquisition timing information, is stored in the data storage unit 258.

一方、制御部230は、光マイクロフォン108からの信号を音声信号増幅部252で増幅させ、帯域透過フィルタ254を透過した音声信号を取得タイミング情報とともにデータ記憶部258に記憶させる。   On the other hand, the control unit 230 causes the audio signal amplification unit 252 to amplify the signal from the optical microphone 108 and stores the audio signal transmitted through the band-pass filter 254 in the data storage unit 258 together with the acquisition timing information.

続いて、処理が所定回数終了していない場合は(ステップS114)、処理はステップS102に復帰する。一方で、処理が所定回数終了している場合は(ステップS114)、続いて、画像再構成部260は、データ取得のタイミング情報に基づいて、動画の各フレームについて、その時点での振動子の同一の位相に対応するk空間内のデータをソートして組合せる(ステップS118)。   Subsequently, when the process has not been completed a predetermined number of times (step S114), the process returns to step S102. On the other hand, if the processing has been completed a predetermined number of times (step S114), the image reconstruction unit 260 then continues to determine the transducer at that time for each frame of the moving image based on the data acquisition timing information. Data in k space corresponding to the same phase are sorted and combined (step S118).

画像再構成部260は、フーリエ変換処理を利用して、画像を再構成する(ステップS120)。   The image reconstruction unit 260 reconstructs an image using Fourier transform processing (step S120).

続いて、画像再構成部260は、再構成した断面画像を表示部270に表示する(ステップS122)。   Subsequently, the image reconstruction unit 260 displays the reconstructed cross-sectional image on the display unit 270 (step S122).

測定が終了していなければ(ステップS124)、さらに、処理はステップ102に復帰して、測定が続行される。一方、処理が終了していると判断されれば、処理は終了する。
[実証実験]
(振動子付ファントム)
以上説明したようなMRI装置1000の画像再構成手法の有効性を確認するために、空気圧により振動する振動子付のファントムでMR撮像を行った。
If the measurement has not been completed (step S124), the process returns to step 102 and the measurement is continued. On the other hand, if it is determined that the process has ended, the process ends.
[Demonstration experiment]
(Phantom with vibrator)
In order to confirm the effectiveness of the image reconstruction method of the MRI apparatus 1000 as described above, MR imaging was performed with a phantom with a vibrator that vibrates by air pressure.

図7は、ファントムを構成する部品を説明する図である。
また、図8は、ファントムの外観と断面図を示す図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the parts constituting the phantom.
FIG. 8 is a view showing an appearance and a sectional view of the phantom.

このファントムは2枚の低発泡塩化ビニル板(図7(a)の右端と左端)と1枚の熱可塑性エラストーマ(図7(a)中央)から構成される。なお、MRI画像上では低発泡塩化ビニル板は空気と輝度値が同じであるため黒く写り視認できないが、熱可塑性エラストーマは白く写る。   This phantom is composed of two low foam vinyl chloride plates (the right end and the left end in FIG. 7A) and one thermoplastic elastomer (the center in FIG. 7A). On the MRI image, the low foamed vinyl chloride plate has the same brightness value as air, so it appears black and cannot be seen, but the thermoplastic elastomer appears white.

図7(b)は、各部品の寸法を示す。それぞれ部品の厚みは5mmであり、一辺が50mmの略正方形である。低発泡塩化ビニル板のうち一枚は中央に10mm角の穴があけられており、そこから空気が供給される。もう一枚の低発泡塩化ビニル板は30mm×20mmの切り欠きが設けられている。ファントムの組み立て後の外観は、図8(a)のようになる。   FIG. 7B shows the dimensions of each part. Each part has a thickness of 5 mm and a substantially square shape with a side of 50 mm. One of the low foamed vinyl chloride plates has a 10 mm square hole in the center, from which air is supplied. Another low foamed vinyl chloride plate is provided with a notch of 30 mm × 20 mm. The appearance after the phantom is assembled is as shown in FIG.

図8(b)に示すように、この2枚の板で熱可塑性エラストーマを挟み、ノズルより空気を供給することで熱可塑性エラストーマが振動する。   As shown in FIG. 8B, the thermoplastic elastomer is vibrated by sandwiching the thermoplastic elastomer between the two plates and supplying air from the nozzle.

振動子の位置を計測するためには、光マイクロホン108を使用する。静かな部屋で振動子を振動させて音の収録を行い振動周波数を分析したところ、112.4Hzであることが確認された。振動子の音は光マイクロホン108を用いてサンプリング周波数44.1kHz、量子化数16bitでステレオ音声右側に収録した。   In order to measure the position of the vibrator, the optical microphone 108 is used. When the sound was recorded by vibrating the vibrator in a quiet room and the vibration frequency was analyzed, it was confirmed that it was 112.4 Hz. The sound of the vibrator was recorded on the right side of the stereo sound using the optical microphone 108 with a sampling frequency of 44.1 kHz and a quantization number of 16 bits.

MRI装置1000の傾斜磁場の変化を計測するために、ガントリ入り口に半径50mmの空芯ソレノイドコイル110を設置した。このコイルからの出力は光マイクロホン108のステレオ音声左側に同時収録した。   In order to measure the change in the gradient magnetic field of the MRI apparatus 1000, an air-core solenoid coil 110 having a radius of 50 mm was installed at the gantry entrance. The output from this coil was recorded simultaneously on the left side of the stereo sound of the optical microphone 108.

使用した撮像パラメータは、以下のとおりである。
1)シーケンス : 2D FLASH
2)FOV(撮像領域) : 128mm×128mm
3)マトリックス : 128×128
4)TR : 4.9ms (繰返し時間)
5)TE : 1.93ms (エコー時間)
6)フリップ角 : 10°
7)バンド幅 : 735Hz/pixel
8)スライス厚 : 4mm
9)繰返し回数 : 512
TEが最小で撮像ノイズの主要成分が振動子の振動周波数と異なるように設定した。
The imaging parameters used are as follows.
1) Sequence: 2D FLASH
2) FOV (imaging area): 128mm x 128mm
3) Matrix: 128 × 128
4) TR: 4.9ms (repetition time)
5) TE: 1.93ms (Echo time)
6) Flip angle: 10 °
7) Bandwidth: 735Hz / pixel
8) Slice thickness: 4mm
9) Number of repetitions: 512
The main component of imaging noise was set to be different from the vibration frequency of the vibrator with the minimum TE.

撮像面は、図8(b)のように、振動子はMR撮像時の位相方向に対して20度傾けられている。これはMRI画像上にモーションアーチファクトが出る場合はMRI画像の位相方向に現れるため、本実験の場合は振動子自体に重なってしまう。これを避ける目的で、位相方向と平行にならないように角度をつけている。   As shown in FIG. 8B, the imaging surface is tilted by 20 degrees with respect to the phase direction during MR imaging. This appears in the phase direction of the MRI image when motion artifacts appear on the MRI image, and therefore overlaps the transducer itself in this experiment. In order to avoid this, the angle is set so as not to be parallel to the phase direction.

(収録データの分析とk空間の並び替え)
収録された音声データから、RFパルス照射時の振動子の位相を計測する。光マイクにより収録された音はMRI装置1000の雑音が混入しているため、スライス励起時における振動子の位相を直接決定することができない。
(Analysis of recorded data and rearrangement of k-space)
The phase of the vibrator at the time of RF pulse irradiation is measured from the recorded voice data. Since the sound recorded by the optical microphone is mixed with noise from the MRI apparatus 1000, the phase of the vibrator at the time of slice excitation cannot be determined directly.

図9は、MRI装置1000から発生するノイズと、振動子から生じる音のスペクトログラムを示す図である。この図から、ファントムの振動子の基本周波数はスキャナーの振動ノイズと重なっていないことが分かる。よって、振動子が生じる音に対して帯域通過型フィルタをかけることで、振動子の位置を推定できる。帯域透過フィルタとしては、振動子の基本周波数を含み、MRI装置1000の騒音成分を含まないように設定したカットオフ周波数100Hzと150Hzの帯域通過型フィルタを適用して振動子の位置(位相)を決定した。音響データに対して本フィルタを一度前方からフィルタリングした後、さらに後方からフィルタリングをしている。これによりフィルタの位相特性はキャンセルされ、収録波形の時間情報は保持される。   FIG. 9 is a diagram illustrating a spectrogram of noise generated from the MRI apparatus 1000 and sound generated from the vibrator. From this figure, it can be seen that the fundamental frequency of the phantom vibrator does not overlap with the vibration noise of the scanner. Therefore, the position of the vibrator can be estimated by applying a band-pass filter to the sound generated by the vibrator. As the band-pass filter, a band-pass filter having a cutoff frequency of 100 Hz and 150 Hz, which includes the fundamental frequency of the vibrator and is set so as not to include the noise component of the MRI apparatus 1000, is applied to the position (phase) of the vibrator. Were determined. This filter is once filtered from the front with respect to the acoustic data, and further filtered from the rear. As a result, the phase characteristic of the filter is canceled and the time information of the recorded waveform is retained.

図10は、収録された傾斜磁場と音声を示す図である。
図10の上図は、MRI装置1000のガントリ横に設置された空芯ソレノイドコイルから収録された傾斜磁場であり、下図は光マイクロホンで収録された音声波形である。
FIG. 10 is a diagram showing the recorded gradient magnetic field and sound.
The upper diagram of FIG. 10 is a gradient magnetic field recorded from an air-core solenoid coil installed beside the gantry of the MRI apparatus 1000, and the lower diagram is a voice waveform recorded by an optical microphone.

上図では、傾斜磁場として、スライス選択傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、読取傾斜磁場が検出されている。さらに、クラッシャーパルスも検出されている。   In the upper diagram, a slice selection gradient magnetic field, a phase encoding gradient magnetic field, and a reading gradient magnetic field are detected as the gradient magnetic fields. Furthermore, crusher pulses are also detected.

下図で、破線は収録されたもとのデータであり、スキャナーの音響ノイズを含んでいる。実線は100Hz−150Hzの帯域通過型フィルタによる処理後の波形である。   In the figure below, the broken line is the original data recorded and contains the acoustic noise of the scanner. The solid line is the waveform after processing by the 100 Hz-150 Hz band-pass filter.

ガントリ中に設置した空芯ソレノイドコイルの信号から、傾斜磁場の変化の様子を確認することができる。このデータの中の一番最初のピークを基準として、撮像周期TRの正確な検出を行い、これらの時間をk空間のリードアウトラインの並べ替えのための基準とした。   From the signal of the air-core solenoid coil installed in the gantry, it is possible to confirm the change of the gradient magnetic field. The imaging cycle TR was accurately detected using the first peak in this data as a reference, and these times were used as a reference for rearranging the k-space lead outline.

MRI装置1000の手法を用いて撮像を行い、MRI movieの再構成を行った。スキャンにより得られた生データからk空間のリードアウトラインを収集した。このk空間のリードアウトラインのうち、特に限定されないが、たとえば、ファントムの基本周波数が112Hzに対して±10%以内の誤差で振動している場合で、かつ動画のフレーム中心に対して±20%以内の誤差のリードアウトラインを動画再構成に使用した。   Imaging was performed using the method of the MRI apparatus 1000, and an MRI movie was reconstructed. A k-space lead-out was collected from the raw data obtained by scanning. Among the k-space lead-out lines, although not particularly limited, for example, when the fundamental frequency of the phantom vibrates with an error within ± 10% with respect to 112 Hz and ± 20% with respect to the frame center of the moving image An error lead-out of within was used for video reconstruction.

また、検証のためにMRI movie撮像後に高速度カメラによる撮影も行った。高速度カメラのフレームレートは1200FPSに設定した。画像は336×96 pixels、フルカラー24 bitで撮影を行った。高速カメラのフレームレートに合わせるために、MRI movieを振動子1周期辺り11フレームとなるように作成した。   For verification, we also took a high-speed camera after MRI movie. The frame rate of the high-speed camera was set to 1200 FPS. Images were taken at 336 x 96 pixels, full color 24 bit. In order to match the frame rate of the high-speed camera, the MRI movie was created so that there were 11 frames per period of the transducer.

図11は、MRI movieと高速度カメラの画像を対比して示す図である。
このような撮像により、MRI movieの振動子の動きは実際の振動子の動きをよく再現していることが分かった。
FIG. 11 is a diagram showing an MRI movie and a high-speed camera image in comparison.
Through such imaging, it was found that the motion of the transducer of the MRI movie well reproduced the actual motion of the transducer.

上述した測定では振動子1周期あたりのフレーム数が最大57フレームとなるMRI movieが得られた。この場合のk空間のリードアウトラインはファントムの基本周波数112Hzに対する許容誤差は±10%の場合のものを使用した。この場合、1フレーム当たり0.16msの時間幅で運動を捉えていることになる。フレームレートは約6834fps (frame per second)となり、時間分解能が非常に高いといえる。   In the measurement described above, an MRI movie was obtained in which the maximum number of frames per period of the transducer was 57 frames. In this case, the k-space lead-out was used when the tolerance for the fundamental frequency of 112 Hz of the phantom was ± 10%. In this case, the motion is captured with a time width of 0.16 ms per frame. The frame rate is about 6834 fps (frame per second), and it can be said that the time resolution is very high.

[歯茎ふるえ音のMRI movie]
MRI装置1000の手法を用いた歯茎ふるえ音のMRI movieの作成も行った。被験者は男性1名である。MRI撮像パラメータ、および音声、傾斜磁場の収録方法は、ファントムの場合と同じである。ただし、連続スキャンは100測定(約1分) とし、1分間の休憩を挟みこれを10回繰り返した。結果として1000測定分のデータが得られたことになる。
[MRI movie of gumming sounds]
An MRI movie of gum shaking sound using the method of the MRI apparatus 1000 was also created. The test subject is one male. The recording method of MRI imaging parameters, voice, and gradient magnetic field is the same as in the case of phantom. However, the continuous scan was 100 measurements (about 1 minute), and this was repeated 10 times with a 1-minute break. As a result, data for 1000 measurements was obtained.

歯茎ふるえ音の基本周波数の平均は25.8Hzであった。k空間のリードアウトラインは、たとえば、この平均基本周波数に対し±15%の誤差範囲内のものを採用し、動画の各フレームに対して±100%の誤差範囲で並べ替えを行ったところ、最大で歯茎ふるえ音一周期あたり50フレーム分になるMRI movieを得ることができた。   The average fundamental frequency of the gum shaking sound was 25.8 Hz. For example, the k-space lead-out outline is within ± 15% error range with respect to this average fundamental frequency. In this way, we were able to obtain an MRI movie with 50 frames per cycle of gum shaking.

図12は、このようにして得られた50フレームのうちの26〜50フレーム分のデータを示す図である。舌が硬口蓋に接触しているのは33フレーム目から45フレーム目の間であった。これは歯茎ふるえ音一周期38.8msのうち閉鎖時間は10.1msとなり、全体の26%に相当することがわかる。   FIG. 12 is a diagram showing data for 26 to 50 frames out of the 50 frames thus obtained. The tongue was in contact with the hard palate between the 33rd and 45th frames. It can be seen that the closing time is 10.1 ms in 38.8 ms of the gum shaking sound cycle, corresponding to 26% of the total.

以上説明したとおり、MRI装置1000の画像再構成の手法によれば、発話期間のうち、声帯や歯茎ふるえ音のような高速で振動する定常振動子を撮像するための超高時間分解能のMRI movie撮像法が実現できる。   As described above, according to the image reconstruction method of the MRI apparatus 1000, an MRI movie with an ultra-high time resolution for imaging a stationary vibrator that vibrates at a high speed such as vocal cords and gum shaking sounds during the utterance period. An imaging method can be realized.

したがって、音声の振動数程度に高速に振動する振動子の断面を動画として画像化することが可能となる。   Therefore, the cross section of the vibrator that vibrates at a high speed about the frequency of sound can be imaged as a moving image.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 被験者、12 台部、100 静磁場コイル、102 傾斜磁場コイル、104,106 RFコイル、200 断層撮影制御部、210 入力部、220 チューニング値記憶部、230 制御部、240 RFパルス送信部、250 MRI信号増幅部、252 音声信号増幅部、254 帯域透過フィルタ、258 データ記憶部、260 画像再構成部、270 表示部、1000 MRI装置。   10 subjects, 12 units, 100 static magnetic field coils, 102 gradient magnetic field coils, 104, 106 RF coils, 200 tomography control units, 210 input units, 220 tuning value storage units, 230 control units, 240 RF pulse transmission units, 250 MRI signal amplification unit, 252 audio signal amplification unit, 254 band transmission filter, 258 data storage unit, 260 image reconstruction unit, 270 display unit, 1000 MRI apparatus.

Claims (5)

被測定対象の振動子からの核磁気共鳴に起因する検出信号を検知して、前記被測定対象の断層動画像を生成するための磁気共鳴画像化装置であって、
前記被測定対象に静磁場を印加するための静磁場印加手段と、
前記被測定対象の選択された断面内において、前記検出信号を発する原子核の位置情報を前記検出信号が有するように変調した磁場を前記被測定対象に印加するための傾斜磁場印加手段と、
前記被測定対象に対して電磁波を印加し、前記被測定対象からの前記検出信号を検知するための電磁波送受信手段と、
前記被測定対象の前記振動子の周期的な運動の位相と1対1に対応した前記振動子からの出力信号を記憶する記憶手段と、
前記電磁波を前記電磁波送受信手段に与え、前記検出信号を受けて時系列のフレームとして前記断層動画像を生成するための断層撮影制御手段とを備え、
前記断層撮影制御手段は、
前記振動子の運動とは非同期に、断面画像を再構成するためのデータをk空間のリードアウト軸に沿う行ごとに複数回にわたって取得するデータ取得手段と、
前記複数回の測定中の断面画像を再構成する動画像の各フレームのタイミングで、前記出力信号に基づいて、前記振動子の運動の同一の位相に相当する行を選択することで、当該位相の画像を再構成する画像再構成手段とを含む、磁気共鳴画像化装置。
A magnetic resonance imaging apparatus for detecting a detection signal caused by nuclear magnetic resonance from a transducer to be measured and generating a tomographic motion image of the measurement target,
A static magnetic field applying means for applying a static magnetic field to the measurement object;
Gradient magnetic field applying means for applying a magnetic field, which is modulated so that the detection signal has position information of a nucleus that emits the detection signal, in the selected cross section of the measurement target;
An electromagnetic wave transmitting / receiving means for applying an electromagnetic wave to the measurement object and detecting the detection signal from the measurement object;
Storage means for storing an output signal from the vibrator corresponding to the phase of the periodic motion of the vibrator to be measured in a one-to-one correspondence;
Providing the electromagnetic wave to the electromagnetic wave transmission / reception means, tomographic control means for receiving the detection signal and generating the tomographic moving image as a time-series frame;
The tomography control means includes
Data acquisition means for acquiring data for reconstructing a cross-sectional image multiple times for each row along the lead-out axis of k-space, asynchronously with the motion of the vibrator;
By selecting a row corresponding to the same phase of the motion of the transducer based on the output signal at the timing of each frame of the moving image for reconstructing the cross-sectional image being measured a plurality of times, the phase And an image reconstructing means for reconstructing the image of the magnetic resonance imaging apparatus.
前記リードアウト軸に沿う行ごとの測定タイミングを特定するための情報を取得するタイミング検出手段をさらに備え、
前記記憶手段は、前記データ取得手段は、前記測定タイミングを示す情報とともに、前記断面画像を再構成するためのデータを記憶する、請求項1記載の磁気共鳴画像化装置。
Further comprising timing detection means for acquiring information for specifying measurement timing for each row along the readout axis;
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the storage unit stores data for reconstructing the cross-sectional image together with information indicating the measurement timing.
前記出力信号は、前記振動子からの音声信号である、請求項1または2記載の磁気共鳴画像化装置。   The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the output signal is an audio signal from the vibrator. 前記音声信号を前記磁気共鳴画像化装置からの騒音と分離するための帯域透過フィルタをさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気共鳴画像化装置。   4. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, further comprising a band-pass filter for separating the audio signal from noise from the magnetic resonance imaging apparatus. 5. 被測定対象の振動子からの核磁気共鳴に起因する検出信号を検知して、前記被測定対象の断層動画像を生成するための磁気共鳴画像化方法であって、
前記被測定対象に静磁場を印加し、前記被測定対象の選択された断面内において、前記検出信号を発する原子核の位置情報を前記検出信号が有するように変調した磁場を前記被測定対象に印加して、前記被測定対象に対して電磁波を印加することにより、前記被測定対象からの前記検出信号を検知するステップと、
前記被測定対象の前記振動子の周期的な運動の位相と1対1に対応した前記振動子からの出力信号を記憶するステップと、
前記電磁波を前記被測定対象に与え、前記検出信号を受けて時系列のフレームとして前記断層動画像を生成するステップとを備え、
前記断層動画像を生成するステップは、
前記振動子の運動とは非同期に、断面画像を再構成するためのデータをk空間のリードアウト軸に沿う行ごとに複数回にわたって取得するステップと、
前記複数回の測定中の断面画像を再構成する動画像の各フレームのタイミングで、前記出力信号に基づいて、前記振動子の運動の同一の位相に相当する行を選択することで、当該位相の画像を再構成するステップとを含む、磁気共鳴画像化方法。
A magnetic resonance imaging method for detecting a detection signal resulting from nuclear magnetic resonance from a transducer to be measured and generating a tomographic motion image of the measurement target,
Applying a static magnetic field to the object to be measured, and applying a magnetic field, modulated in such a way that the detection signal has position information of the nucleus that emits the detection signal, in a selected cross section of the object to be measured And detecting the detection signal from the measurement object by applying an electromagnetic wave to the measurement object;
Storing an output signal from the transducer corresponding one-to-one with the phase of the periodic motion of the transducer to be measured;
Providing the electromagnetic wave to the object to be measured, receiving the detection signal, and generating the tomographic moving image as a time-series frame,
The step of generating the tomographic image includes
Asynchronously with the motion of the transducer, acquiring data for reconstructing a cross-sectional image multiple times for each row along the k-space readout axis;
By selecting a row corresponding to the same phase of the motion of the transducer based on the output signal at the timing of each frame of the moving image for reconstructing the cross-sectional image being measured a plurality of times, the phase Reconstructing an image of the magnetic resonance imaging method.
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